Herstellung definierter Polymerstrukturen durch 'Atom transfer radical polymerisation'

Nagelsdiek, René; Höcker, Hartwig

doi:26809

Herstellung definierter Polymerstrukturen durch 'Atom transfer radical polymerisation' = Well-Defined Polymer Structures Prepared by Atom Transfer Radical Polymerisation

Nagelsdiek, René (Author)

2005

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von René Nagelsdiek

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2005

UmfangXVIII, 263, 14 S. : graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2005

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Höcker, Hartwig (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2005-09-22

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-12505
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/60144/files/Nagelsdiek_Rene.pdf

Einrichtungen

Fakultät für Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften (100000)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Chemie (frei) ; vernetzbare Präpolymere (frei) ; Allylmethacrylat (frei) ; Atom-Transfer-Polymerisation (frei) ; Blockcopolymere (frei) ; Telechele Polymere (frei) ; Polystyrol (frei) ; Polycarbonate (frei) ; Atom Transfer Radical Polymerisation (ATRP) (frei) ; block copolymers (frei) ; telechelic polymers (frei) ; cross-linkable prepolymers (frei) ; allyl methacrylate (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 540

Kurzfassung
Die vorliegende Arbeit behandelt die Darstellung definierter Polymerstrukturen auf Styrol-Basis mittels Atom Transfer Radical Polymerisation (ATRP). Schwerpunkte bilden die Herstellung neuartiger Blockcopolymere, die Synthese und Kopplung von Telechelen sowie die Darstellung von löslichen Styrol-Copolymeren, die sich thermisch und photochemisch vernetzen lassen.Es wurden zwei neue Klassen von Blockcopolymeren mit Polystyrol-Segmenten entwickelt: Blockcopolymere mit Polystyrol- und Polycarbonat-Segmenten (PS/PC) sowie Blockcopolymere mit PS- und Polyphenylenoxid-Segmenten (PS/PPO). Hierzu wurden Hydroxy-telecheles PC bzw. PPO in Makroinitiatoren für die ATRP überführt. Diese Makroinitiatoren wurden dann für die ATRP von Styrol eingesetzt.Als Kopplungsmethode wurde das Atom Transfer Radical Coupling (ATRC) untersucht. ATRC wurde in der vorliegenden Arbeit nicht nur zur Kettenverlängerung von PS herangezogen, sondern erstmals auch für die Kopplung von Di- und Triblockcopolymeren zu Multiblockcopolymeren eingesetzt. Während es bei Blockcopolymeren mit PC-Segmenten zu einem Kettenabbau kam, wurden PPO/PS-Blockcopolymere erfolgreich zu Multiblockcopolymeren gekoppelt. Zur Herstellung von mono- und bifunktionellem PS mit ungesättigten Endgruppen wurden in dieser Arbeit zwei Konzepte verfolgt: die Kombination der ATRP mit einem Addition-Fragmentation-Chain-Transfer-Reagenz (AFCT) und die kettenanaloge Umsetzung von mittels ATRP hergestelltem Halogen-telechelen PS mit Methacrylsäure. Generell stellt bei der Umsetzung von Telechelen die kleine Konzentration der Endgruppen im Reaktionsgemisch ein Problem dar. Um die Vernetzbarkeit zu verbessern, bietet sich die Synthese von Polymeren mit reaktiven Doppelbindungen in den Seitengruppen an.Es konnte gezeigt werden, dass sich Allylmethacrylat (AMA) mittels ATRP unter geeigneten Bedingungen zu löslichen Homopolymeren umsetzen lässt. Durch Copolymerisation von AMA mit Styrol sind lösliche Copolymere erhältlich, die sich gezielt thermisch und photochemisch vernetzen lassen und daher für Beschichtungen und photolithographische Prozesse von Interesse sind. Dünne Filme dieser Copolymere wurden auf Silicium- und Titan/Nickel-Oberflächen durch Photolithographie mikrostrukturiert.Durch ATRP von AMA mit den zuvor beschriebenen bifunktionellen Makroinitiatoren auf Basis von PC und PPO konnten diese Hochleistungs-Thermoplaste analog in vernetzbare lösliche Triblockcopolymere überführt werden.

The present thesis deals with the preparation of well-defined polymer structures based on styrene by means of atom transfer radical polymerisation (ATRP). The focus is placed on the synthesis of novel block copolymers, synthesis and coupling of telechelic polymers as well as on the preparation of soluble styrene copolymers that can be cross-linked thermally and photochemically.Two new classes of block copolymers containing polystyrene segments were developed: block copolymers with polystyrene and polycarbonate segments (PS/PC) and block copolymers with PS and poly(phenylene oxide) segments (PS/PPO). For this purpose, hydroxy telechelic PC or PPO were converted into ATRP macroinitiators. These macroinitiators were used for the ATRP of styrene.Atom transfer radical coupling (ATRC) was investigated as a coupling method. ATRC was not only used for chain extension of PS, but was employed for the first time to the coupling of diblock and triblock copolymers to form multiblock copolymers. Whereas chain degradation of block copolymers containing PC segments was observed, PPO/PS block copolymers were converted successfully into multiblock copolymers under ATRC conditions. Two concepts were used for the synthesis of mono- and bifunctional telechelic PSs with unsaturated end groups: the combination of ATRP with an addition-fragmentation-chain-transfer reagent (AFCT) and the chain analogous reaction of PS prepared by ATRP with methacrylic acid. In general, the main disadvantage of the reaction of telechelic polymers is the low concentration of end groups in the reaction mixture. To improve the suitability for cross-linking, polymers carrying reactive double bonds in their side groups as cross-linkable materials should therefore be an alternative. It was shown that AMA can be homopolymerised to soluble polymers via ATRP under suitable conditions. Copolymerisation of AMA and styrene yields soluble copolymers which were cross-linked both thermally and photochemically and therefore offer a potential for applications such as coating and lithography. Thin films of these copolymers on silicon and titanium/nickel alloy surfaces were microstructured by application of photolithography.Using ATRP of AMA and the aforementioned bifunctional macroinitiators based on PC and PPO, these high performance thermoplasts were analogously transformed into cross-linkable triblock copolymers.

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